Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước nho hoạt động liên tục một nồi

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước nho hoạt động liên tục một nồi (buồng đốt trong, thiết bị tuần hoàn giữa) với năng suất 1100 kgh. Số liệu ban đầu: Nồng độ đầu: 16% Nồng độ cuối: 48% Yêu cầu tính toán: Kích thước thiết bị chính (nồi cô đặc): buồng bốc, buồng đốt, đáy, nắp. Thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet.

MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH BẢNG iv QUY ƯỚC KÝ HIỆU iv ĐẶT VẤN ĐỀ vi ĐỀ TÀI THIẾT KẾ vii Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHO 1.1.1 Giới thiệu nho 1.1.2 Thành phần hóa học 1.2 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC .2 1.2.1 Định nghĩa cô đặc 1.2.2 Phân loại phương pháp cô đặc 1.2.3 Phân loại thiết bị cô đặc ứng dụng 1.2.4 Các loại thiết bị đặc Chương 2: QUY TRÌNH CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NHO 2.1 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ DẶC 2.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1 CÁC THÔNG SỐ VÀ SỐ LIỆU BAN ĐẦU 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.2.1 Phương trình cân vật chất trình bốc – cô đặc .8 3.2.2 Tổn thất nhiệt độ hệ 3.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 11 3.3.1 Nhiệt dung riêng 11 3.3.2 Nhiệt lượng riêng 11 3.4 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 12 3.5 TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 13 3.5.1 Nhiệt tải riêng phía ngưng (q1) 13 3.5.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2): 14 3.5.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv) 15 3.5.4 Hệ số truyền nhiệt K cho q trình đặc 16 3.5.5 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp .16 3.5.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 16 Chương 4: THIẾT BỊ CHÍNH 17 4.1 BUỒNG ĐỐT 17 4.1.1 Tính số ống truyền nhiệt 17 4.1.2 Đường kính ống tuần hồn trung tâm 17 i 4.1.3 Đường kính buồng đốt .17 4.2 BUỒNG BỐC 18 4.2.1 Đường kính buồng bốc 18 4.2.2 Chiều cao buồng bốc 18 4.2.3 Tính kích thước ống dẫn .19 CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ PHỤ 22 5.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU 22 5.1.1 Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ 22 5.1.2 Thể tích khí khơng ngưng khơng khí hút khỏi thiết bị 22 5.2 KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 23 5.2.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 23 5.2.2 Kích thước ngăn 24 5.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ .25 5.2.4 Tính kích thước ống baromet 27 5.3 CHỌN BƠM 28 5.3.1 Bơm chân không .28 Chương 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 30 6.1 BỀ DÀY BUỒNG ĐỐT 30 6.2 BỀ DÀY BUỒNG BỐC 31 6.3 BỀ DÀY ĐÁY BUỒNG ĐỐT: .32 6.4 BỀ DÀY ĐÁY NÓN BUỒNG ĐỐT: 33 6.5 BỀ DÀY NẮP BUỒNG BỐC: 34 6.6 TÍNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT CỦA THÂN THIẾT BỊ .34 6.7 CHỌN MẶT BÍCH 35 6.7.1 Mặt bích để nối với đáy, nắp buồng đốt buồng bốc .35 6.7.2 Mặt bích để nối ống dẫn 35 6.8 TÍNH VĨ ỐNG 36 6.9 TAI TREO .37 6.9.1 Khối lượng bích 37 6.9.2 Khối lượng ống truyền nhiệt .38 6.9.3 Khối lượng ống tuần hoàn trung tâm 38 6.9.4 Khối lượng vỉ ống 38 6.8.5 Khối lượng buồng bốc .38 6.9.6 Khối lượng buồng đốt .38 6.9.7 Khối lượng nắp buồng bốc 38 6.9.8 Khối lượng đáy buồng đốt 39 6.9.9 Khối lượng đoạn thu hẹp trung gian nối buồng đốt buồng bốc 39 ii 6.10 KÍNH QUAN SÁT 40 6.11 CỬA NGƯỜI 40 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 iii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học nho Bảng 3.1 Nhiệt độ hệ thống cô đặc 10 Bảng 3.2 Bảng nhiệt dung riêng 12 Bảng 5.1 Kích thước thành phần thiết bị ngưng tụ 26 Bảng 6.1 Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc 35 Bảng 6.2 Kích thước bích nối ống dẫn 36 Bảng 6.3 Khối lượng bích 38 Bảng 6.4 Số liệu kích thước tai treo 40 Bảng 6.5 Kích thước kính quan sát 40 Bảng 6.6 Kích thước cửa người 41 iv QUY ƯỚC KÝ HIỆU Để đơn giản việc thích tài liệu, quy ước ký hiệu sau: - Với x, STQTTB T1, y: Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật x, STQTTB T2, y: Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật x, sổ tay thiết kế, Phạm Văn Thơm, y: Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Trường đại học Cần Thơ x, QTTB tập 3, y: Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập – Các trình thiết bị truyền nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội x, QTTB tập 5, y: Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập Trường đại học bách khoa TP HCM x: số cơng thức, số bảng, hình y: số trang v ĐẶT VẤN ĐỀ Với phát triển không ngừng khoa học kĩ thuật, ngành công nghiệp nước ta phải đối mặt với nhiều thử thách Để trở thành kỹ sư, đặc biệt kỹ sư công nghệ thực phẩm, chúng em nhận thức việc tính tốn, thiết kế máy móc, thiết bị việc quan trọng cần thiết Kỹ thuật cô đặc đời từ lâu ứng dụng phổ biến cơng nghệ hóa chất đặc biệt công nghiệp sản xuất thực phẩm Sự cô đặc thực phẩm dạng lỏng trà, cà phê, nước trái cây, phương pháp bảo vệ tốt đặc tính vốn có chúng, bảo quản lâu, giảm chi phí bảo quản vận chuyển Sau phục hồi lượng nước sau q trình đặc, sản phẩm thực tế gần ban đầu Theo phân công giáo viên hướng dẫn nên nhóm nhận nhiệm vụ đồ án với đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước nho hoạt động liên tục nồi (buồng đốt trong, thiết bị tuần hoàn giữa) với suất 1100kg/h Vì đồ án Quá trình Thiết bị đề tài lớn nhóm đảm nhận nên thiếu sót hạn chế q trình thực khơng tránh khỏi Do đó, chúng em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ thầy, giáo để củng cố mở rộng kiến thức chuyên môn vi ĐỀ TÀI THIẾT KẾ Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước nho hoạt động liên tục nồi (buồng đốt trong, thiết bị tuần hoàn giữa) với suất 1100 kg/h Số liệu ban đầu: - Nồng độ đầu: 16% Nồng độ cuối: 48% u cầu tính tốn: - Kích thước thiết bị (nồi cô đặc): buồng bốc, buồng đốt, đáy, nắp Thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet vii Đồ án Quá Trình Thiết bị Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHO 1.1.1 Giới thiệu nho Nho loại mọc dạng dây leo thân gỗ để loài Các loài thuộc họ Vitaceae Quả nho mọc thành chùm từ đến 300 quả, chúng có màu đen, lam, vàng, lục, đỏ-tía hay trắng Khi chín, nho ăn tươi sấy khô để làm nho khô, dùng để sản xuất loại rượu vang, thạch nho, nước quả, dầu hạt nho có hương vị đậm đà, vị ngọt, mạnh cồn cân độ chua, chát acid, tannin, lại thêm vị phong phú glyxerin, axit amin… Nho loại trái giàu chất đường dễ chuyển hóa thể, tạo thành nhiều loại vitamin Hợp chất đường có nho chủ yếu đường glucose, thể hấp thụ trực tiếp được, sau đường fructose saccharose… Do đó, thường xuyên ăn nho có tác dụng bổ ích lớn người thần kinh suy nhược, người mệt mỏi yếu sức người già yếu Trong nho, lượng lớn acid tartaric có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa tốt, hợp chất đường chất sắt nho khô cao, có tác dụng tốt trẻ em phụ nữ, người thể suy nhược, thiếu máu 1.1.2 Thành phần hóa học Đồ án Quá Trình Thiết bị Bảng 1.1 Thành phần hóa học nho Thành phần hóa học cuống nho (%) Thành phần hóa học hạt nho (%) Thành phần hóa học dịch nho (%) Thành phần hóa học vỏ nho (%) Nước: 75 - 80 Nước: 25 - 45 Nước: 70 - 78 Nước: 25 - 45 Cellulose: - 10 Glucid: 34 - 36 Đường: 20 - 25 Cellulose: 18 - 20 Tannin: - Lipid: 10 - 20 Acid hữu cơ: Khoáng: 1,5 - 2% 0,2 -0,5 Khoáng: 1,5 - Tannin: - Acid hữu cơ: Hợp chất nitơ: 0,3 - 1,2 4-6 Đường: 0,3 - 0,5 Khoáng: - Nhựa: 1,2 Khoáng Acid hữu cơ: Pectin: 0,1 - 0,3 Tannin: 0,5 - Hợp chất chứa Nitơ: 0,05 - 0,1 Chất màu (anthocyan) Và vitamin Chất mùi Acid dễ bay 0,5 - (Nguồn: https://cntp11htp01.wordpress.com/2012/10/22/nhom-3-cong-nghe-san-xuat-nuoc-nho-dong-hop/) 1.2 GIỚI THIỆU VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.2.1 Định nghĩa đặc Cơ đặc q trình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay nhiệt độ sôi, với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh) - Thu dung môi dạng nguyên chất Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), thiế t bi ̣cô đă ̣c mô ̣t nồ i hay nhiề u nồ i và quá trin ̀ h có thể gián đoa ̣n hay liên tu ̣c Hơi bay q trình đặc thường nước (gọi thứ), có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc (Phạm Xuân Toản, 2003) Đồ án Quá Trình Thiết bị 1.2.2 Phân loại phương pháp cô đặc - Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng - Phương pháp lạnh: hạ nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 1.2.3 Phân loại thiết bị cô đặc ứng dụng  Theo cấu tạo - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt - Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt nhằm tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh bề mặt truyền nhiệt - Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, màng tiếp xúc với bề mặt truyền nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ bốc cách nhanh chóng Thiế t bị thích hợp cho thực phẩm chứa thành phần mẫn cảm sữa, nước trái hoa ép  Theo phương pháp thực - Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sơi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt không cao - Cô đặc áp suất chân khơng: dung dịch có nhiệt độ sơi 100oC, áp suất chân khơng Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục - Cô đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên q lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Người ta cô chân không, cô áp lực hay phối hợp hai phương pháp đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cô đặc liên tục: cho kết tốt đặc gián đoạn Có thể điều khiển tự động chưa có cảm biến đủ tin cậy  Theo áp suất làm việc Hệ thống cô đặc áp suất thường cho dung dịch không phân hủy nhiệt độ cao Dùng hệ thống cô đặc áp suất chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ dung Đồ án Quá Trình Thiết bị  ck : hiệu số khí bơm chân không kiểu pittông,  ck = 0,9 N: cơng suất tiêu hao ( W) vkk : thể tích khí khơng ngưng khơng khí hút khỏi hệ thống (m3/s) P1 = Pkk = (0,1258 – 0,0498).9,81.104 = 7455,6 (N/m2) Chọn: P2 = Pkq = 1(at) = 9,81.104 (N/m2) 1, 25 1,25 1     1, 25 1,25   1,1,25 101337,3  , 81 10    2094,76    1 1= N 15097,59.0,057 2215,62(W) 7455,6.0,075       0,9.(1, 15097,59 0,9.(1,25  1) 1) ,6   7455      Vậy công suất tiêu hao bơm chân không là: N = 2094,76W) Công suất động cơ: N dc  N  (CT II.250, STQTTB T1, 466)  tr  dc Với:  : hệ số dự trữ công suất,thường lấy  = 1,1-1,15, chọn  = 1,12  tr : hiệu suất truyền động, lấy  tr = 0,96  dc : hiệu suất động cơ, lấy  dc = 0,95 Nđc = 2094,76 1,12  2572,51(W ) 0,96.0,95 Vậy công suất động bơm chân không 2572,51 (W) 29 Đồ án Quá Trình Thiết bị Chương 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ Chọn vật liệu thép CT.3 để chế tạo vỏ thiết bị, đáy nắp Vật liệu thép CT.3 có giới hạn bền (Theo bảng XIII.4, STQTTB T2, 309) : k = 380.106 (N/m2) c = 240.106 (N/m2) Chọn hệ số an toàn: nk = 2,6 (Theo bảng XIII.3, STQTTB T2, 356 ) nc = 1,5 Hệ số hiệu chỉnh:  = 1.0 (Bảng XIII.2, STQTTB T2, 356) Ứng suất cho phép theo giới hạn bền:  k   k nk  380*106 *1  1.46*108 (CT XIII.5, STQTTB T2, 356) 2.6 Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy: c 240.106 *1  1.6*108  c     nc 1.5 Vậy ứng suất cho phép: [] = 1.46*108 (N/m2) 6.1 BỀ DÀY BUỒNG ĐỐT Chọn vật liệu làm thân buồng đốt CT3 Bề dày buồng đốt xác định theo công thức: sd  Dt  P  C (m) (CT XIII.8, STQTTB T2, 360)      P Trong : Dt : Đường kính buồng đốt (m)  : hệ số bền thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn  = 0.95 (theo bảng XIII.8, STQTTB T2, 362) Chọn C = C1 + C2 + C3 Trong đó: C1: hệ số bổ sung ăn mịn, C1 = (mm) C2: hệ số bổ sung hao mịn, C2 = (mm) C3: hệ số bổ sung dung sai chiều dày, C3 = 0,8 (mm) 30 Đồ án Quá Trình Thiết bị  C = + + 0,8 = 1,8 (mm) P: áp suất thiết bị (N/m2) P = Phđ + H.g. = 2,025*9,81*104 + 2*9,81*1139,3 = 222624,22 (N/m2) Vì    P 1,46.108 0,95  623,02 > 50 nên bỏ qua đại lượng P mẫu số 222624,22 cơng thức Nên ta có: Sđ = 1,2.22624,22  1,8.103 = 2,76.10-3 (m) 2.1,46.108.0,95 Chọn chiều dày buồng đốt S = (mm)  Dt   S  C   P0  c  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử :     S  C  1, Với áp suất thử tính tốn P0 tính theo công thức P0 = Pth + P1 (N/m2) Pth: áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5, STQTTB T2, 358 Pth = 1,5P = 1,5*222624,22 = 333936,33 (N/m2) P1 áp suất thủy tĩnh nước: P1 = H.g. = 2*9,81*1139,3 = 23971,72 (N/m2) Từ ta có P0 = Pth + P1 = 333936,33 + 23971,72 = 357908,05 (N/m2) Ta thấy: 1,2  (4  1,8).10 .357908,05 = 1,03.108 <  3 2.(  1,8).103.0,95 2.108 (N/m2) Vậy chọn bề dày buồng đốt nồi S = (mm) 6.2 BỀ DÀY BUỒNG BỐC Bề dày buồng bốc xác định theo công thức: sd  Dt  P  C (m) (CT XIII.8, STQTTB T2, 360)      P Trong : Dt = 1,8 (m) Chọn  = 0,95 31 Đồ án Quá Trình Thiết bị P: áp suất thiết bị (at) P = Pht + P1 Với P1 áp suất thủy tĩnh phần thiết bị P1 = H.g. xem buồng bốc có thứ  P1 = Vậy: P = Pht = 0,1258*9,81*104 = 12340,98 (N/m2) Chọn C = C1 + C2 + C3 = (1 + + 0,8).10-3 = 1,8.10-3 (m) Ứng suất cho phép :   = 1,46.108 (N/m2) Vì    P 1,46.108 0,95  623,02 > 50 nên bỏ qua đại lượng P mẫu số 222624,22 công thức Nên ta có: St = 1,8.12340,98  1,8.10 3 = 1,88.10-3 (m) 2.1,46.108.0,95 Chọn chiều dày buồng bốc S = (mm)  Dt   S  C   P0  c  Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử :    S  C  1, Với áp suất thử tính tốn P0 tính theo cơng thức P0 = Pth + P1 (N/m2) Pth: áp suất thủy lực lấy theo bảng XIII.5, STQTTB T2, 358 Pth = 1,5P (N/m2) P1 áp suất thủy tĩnh nước: P1 = Từ ta có P0 = 1,5P = 1,5*12340,98 = 18511,47 (N/m2) Ta thấy:   1,8  (4  1,8).10 .18511,47 = 0,08.108 < 2.108 3 2.(  1,8).10 3.0,95 (N/m2) Vậy chọn bề dày buồng bốc nồi S = (mm) 6.3 BỀ DÀY ĐÁY BUỒNG ĐỐT: Đáy hình cơn, làm việc chịu áp suất trong, thép CT3 Chọn đáy elip có gờ với cơng thức (XIII.47, STQTTB T2, 385):    Dt Dt P S   3,8   k  P   2h   b    C (m)  Trong đó: Đường kính buồng bốc Dt = 1,2 (m) P = Phđ + H.g. = 2,025*9,81*104 + 2*9,81*1139,3 = 222624,22 (N/m2) 32 Đồ án Quá Trình Thiết bị Các đại lượng P0  , C tính tốn bề dày thân buồng đốt Từ kết tính tốn ta có C = 1,8mm, chọn  = 0.95, P0 = 357908,05 (N/m2) Ứng suất cho phép:  c  = 1,46.108 (N/m2) Chiều cao hb nắp: hb = Dt.0,25 = 0,3 (m) k: hệ số thứ nguyên, k = 1- d Dt d: đường kính lỗ lớn đáy, cửa sản phẩm  chọn d = 0,1m  k = 1Vì 0,1 = 0,92 1,2   k  P 1,46.108 0.92.0,95  573,18 > 30 nên bỏ qua đại lượng P mẫu số 222624,22 công thức   D  DP 1,2.222624,22 1,2 t t  S    0,0018 = 0,029   C = 3,8.1,46.108.0,92.0,95 2.0,3 3,8  k   P h     b  Chọn S = mm Kiểm tra lại ứng suất thành áp suất thử thủy lực theo công thức (XIII.49, STQTTB T2, 386)  D  1,2    2hb ( S  C ) p0  c  ( N / m ) (CT XIII.49, STQTTB T2, 385) 7,6khb ( S  C ) 1,2 t   2.0,3(0,004  0,0018) 357908,05 = 0,35.108 < 2.108 7,6.0,92.0,95.(0,004  0,0018) Vậy chiều dày nắp là: S = mm 6.4 BỀ DÀY ĐÁY NÓN BUỒNG ĐỐT: Chọn đáy nón có gờ, vật liệu thép CT3, góc đáy 600 Lấy đường kính đáy nón đường kính buồng đốt: Dt = 1,2 m =1200 mm Tra bảng XIII.21, STQTTB T2, 394, ta được: -Chiều dày S = mm - H = 1087 mm 33 Đồ án Quá Trình Thiết bị - Chiều cao gờ h = 40 mm - Bề mặt F = 2,570 m2 - Thể tích: Vđáy = 520.103 m3 6.5 BỀ DÀY NẮP BUỒNG BỐC: Chọn nắp có gờ, vật liệu thép CT3, góc đáy 600 Lấy đường kính nắp elip đường kính buồng bốc Dt = 1,8 m = 1800 mm Tra bảng XIII.10, STQTTB T2, 382, ta được: -Chiều dày S = mm - ht = 450 mm - Chiều cao gờ h = 40 mm - Bề mặt F = 3,747 m2 - Thể tích: Vđáy = 866.103 m3 6.6 TÍNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT CỦA THÂN THIẾT BỊ Công thức VI.67, STQTTB T2, 92:  n (tT  tkk )  c (t  t ) c T1 T Trong đó: tkk: nhiệt độ khơng khí tra bảng VII.1 STQTTB T1, 101 tkk = 26,6 (0C) Chọn tT2 = 50 (0C) (nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí) tT1 = thđ = 1200C  c : hệ số dẫn nhiệt chất cách nhiệt Đã chọn vật liệu cách nhiệt thủy tinh   c = 0,0372 (W/m độ) ( Bảng I 126, STQTTBT1, 128) Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí n = 9,3 + 0,058.tT2 (CT VI.67, STQTTB T2, 92) n = 9,3 + 0,058*50 = 12,2 (W/m2.độ)  c  c (tT  tT ) =  n (tT  tkk ) 0,0372(120  50)  0,0091 (m) 12,2(50  26,6) Theo quy chuẩn chọn  = 10 mm 34 Đồ án Quá Trình Thiết bị Do điều kiện làm việc buồng đốt buồng bốc nồi gần giống nên chọn bề dày cách nhiệt cho thân buồng đốt buồng bốc nồi  = 10 (mm) 6.7 CHỌN MẶT BÍCH 6.7.1 Mặt bích để nối với đáy, nắp buồng đốt buồng bốc Mặt bích phận quan trọng để nối phần thiết bị phận khác với thiết bị Hệ thống cô đặc tính có áp suất làm việc khơng cao nên chọn loại bích liền để nối phận thiết bị Dựa vào áp suất làm việc đường kính thiết bị Áp suất buồng đốt 0,22 N/mm2 buồng bốc 0,12 N/mm2 nên chọn dự phòng áp suất Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Tra bảng XIII.27 STQTTB T2, 421-423, ta được: Bảng 6.1 Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc Kích thước ống nối (mm) Py.104 (N/m2) Buồng Bulon Dt (mm) h D Db D1 Do db Z Đốt 1200 1340 1290 1260 1213 M20 32 25 Bốc 1800 1950 1900 1815 M24 48 35 0,3 1840 6.7.2 Mặt bích để nối ống dẫn Chọn bích để nối phận với ống dẫn, chọn bích tự Dựa vào áp suất làm việc nên chọn dự phòng áp suất Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân (Theo bảng XIII.26, STQTTB T2, 425-429) 35 Đồ án Quá Trình Thiết bị Bảng 6.2 Kích thước bích nối ống dẫn Dy Dn h h1 (mm) (mm) (mm) (mm) Hơi đốt 250 279 22 18 Hơi thứ 400 433 22 24 Nhập liệu 32 41 12 10 Tháo liệu 20 27 10 10 Tháo nước ngưng 32 41 12 10 Ống dẫn 6.8 TÍNH VĨ ỐNG Một chi tiết thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống trùm ống vĩ ống dùng để giữ chặt đầu ống Theo hình dáng chia vĩ ống hình trịn, hình chữ nhật, hình vành khăn Phổ biến vĩ ống hình trịn phẳng, hình cầu hình elip Vĩ ống chủ yếu chế tạo từ phơi ngồi đúc, vật liệu làm vĩ ống phải bền vật liệu làm ống Chọn cách bố trí ống vĩ ống theo hình lục giác chọn vĩ có dạng hình trịn Chọn cách bố trí ống vĩ ống theo phương pháp hàn Bề dày vĩ ống thép khơng gỉ CT3 tính theo cơng thức (8 – 51, tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất Hồ Lê Viên, 182) h dn  (mm) Trong đó: h: bề dày vĩ ống (mm) dn: đường kính ống truyền nhiệt (dn = 38 mm) d 38  h  n     9,75 (mm) 8 Kiểm tra ứng suất uốn vĩ thiết bị trao đổi nhiệt tính theo công thức sau:  p d h 3,6(1  0,7 n )( ) L L  [ K ] Trong đó: L = t = 0,057m= 57mm 36 Đồ án Quá Trình Thiết bị p áp suất tính tốn lớn khơng gian ngồi ống N/mm2, chọn p = 2,025 at = 198652,5 N/m2 = 0,199 N/mm2 Vật liệu thép CT.3 có giới hạn bền (Theo bảng XIII.4, STQTTB T2, 309) : k = 380.106 (N/m2) c = 240.106 (N/m2) Chọn hệ số an toàn: nk = 2,6 (Theo bảng XIII.3, STQTTB T2, 356 ) nc = 1,5 Hệ số hiệu chỉnh:  = 1.0 (Bảng XIII.2, STQTTB T2, 356) Ứng suất cho phép theo giới hạn bền: k 380*106 *1  1.46*108 (CT XIII.5, STQTTB T2, 356)  k     nk 2.6 Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy:  c   c nc  240.106 *1  1.6*108 1.5 Vậy ứng suất cho phép: [] = 1.46*108 (N/m2) = 146 (N/mm2)  n  198652,5  322,75.103 (N/m2) 3 0,038 9,75.10 3,6(1  0,7 )( ) 57 57.103  K = 0,32 (N/mm2) ≤ [  K ] = 146 (N/mm2) Chọn h = 10 mm 6.9 TAI TREO 6.9.1 Khối lượng bích Áp dụng cơng thức: Gcachnhiet   D  Dn2   h   Khối lượng riêng vật liệu làm bích CT3  max  7850 (kg/m3) 37 Đồ án Quá Trình Thiết bị Bảng 6.3 Khối lượng bích Khối lượng M Số lượng cặp Dn Buồng đốt 1,208 1,34 0,025 414,73 Buồng bốc 1,808 1,95 0,035 460,61 Bích D h (kg) Tổng 875,34 6.9.2 Khối lượng ống truyền nhiệt Khối lượng toàn ống truyền nhiệt: Bố trí 234 ống truyền nhiệt:   Gống = n (D2-Dn2).h  = 234 .(0,0382-0,0342).2.7850 = 831 (kg) 4 6.9.3 Khối lượng ống tuần hoàn trung tâm Dn = Dt + 2S = 325 + 2.4 = 333 mm = 0,333 m Gth D   n  Dt2  H   3,14  0,333  0,3252  2.7850  64.91 (kg) 6.9.4 Khối lượng vỉ ống   (Dt2 - n.Dn2 - dth2).S.2  = (1,22 - 271.0,0382 - 0,3332).2.7850.0,01 4 GV = = 115,64 (kg) 6.8.5 Khối lượng buồng bốc Dn = Dt + 2S = 2800 + 2.4 = 1808 mm = 1,808 m Gbốc =    h.(Dn2 - Dt2) = 2.7850.(1,8082 - 1,82) = 355,91 (kg) 4 6.9.6 Khối lượng buồng đốt Dn= Dt + 2S = 1200 +2.4 = 1208 mm = 1,208 m Gđốt =    h.(Dn2 - Dt2) = 2.7850.(1,2082 - 1,22) = 237,54 (kg) 4 6.9.7 Khối lượng nắp buồng bốc Gnắp =   (40+425) (1,8082 – 1,82) = 82,75 (kg)  h.(Dn2 - Dt2) = 7850 1000 4 38 Đồ án Quá Trình Thiết bị 6.9.8 Khối lượng đáy buồng đốt Gđáy =   (1087 + 40) (1,2082 – 1,22) = 133,85 (kg)  h.(Dn2 - Dt2) = 7850 1000 4 6.9.9 Khối lượng đoạn thu hẹp trung gian nối buồng đốt buồng bốc Gthu hẹp =   h.(Dn2 - Dt2) Dt: đường kính phần nón cụt Dt=1/2 (Dtrbđ + Dtrbb) =1/2(1,2 + 2,8) = 1,5 m Dn: đường kính ngồi phần nón cụt Dn =1/2 (Dnbđ + Dnbb) = 1/2(1,208 + 2,008) = 1,508 m h : chiều cao phần nón cụt, ta chọn h = 0,5m Gthu hẹp =  0,5.7850.(1,5082 - 1,52) = 74,18 kg Tóm lại, tổng tỉ trọng tác dụng lên tai treo: G = Gbốc + Gđốt +Gnắp + Gđáy + Gbích + Gống + Gv ĩ +Gth +Gthu hẹp G = 355,91 + 237,54 + 82,75 + 133,85 + 875,34 + 831+ 115,61 + 64,91 + 74,18 G = 2771,09 (kg) = 2771,09.9,81 = 27184,39 (N) Vậy tải trọng tai treo : G1 = G/4 = 6796,1 (N) Chọn chân đỡ tai treo: Dự phòng chọn tải trọng 2.104 Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm tai treo Tải trọng tai treo 1.104 Tra bảng XIII.36, ST QTTB2, 438 ta có kích thước tai treo 39 Đồ án Q Trình Thiết bị Bảng 6.4 Số liệu kích thước tai treo Tải trọng Tên cho gọi phép G.10-4 Bề mặt đỡ F.104 (m ) Tải trọng cho phép lên F Q.10-6 (N/m2) L B Bl H S l a d Khối lượng tai treo (kg) mm Tai treo 1,0 89,5 1,12 110 85 90 170 45 15 23 2,0 Tai treo 1,0 89,5 1,12 110 85 90 170 45 15 23 2,0 6.10 KÍNH QUAN SÁT Chọn vật liệu làm kính thủy tinh silicat có S = mm, D = 100 mm (chọn theo bảng XIII.6, STQTTB T2, 359) Tra bảng XIII.26, STQTTB T2, 412 Bảng 6.4 Kích thước kính quan sát Áp suất làm việc P.106 Ống Kích thước nối Bu lơng Dy Loại (mm) Bích Dn D D Dl (mm) (mm) (mm) (mm) Z db (N/m2) 0,25 Kính quan sát 100 108 205 170 148 M16 6.11 CỬA NGƯỜI Chọn vật liệu làm cửa người thép CT3 có D = 400 mm Tra bảng XIII.26, STQTTB T2, 412 40 Kiểu h 18 (cái) Đồ án Quá Trình Thiết bị Bảng 6.5 Kích thước cửa người Áp suất làm việc P.106 Ống Kích thước nối Bu lơng Dy Loại (mm) Bích Dn D D Dl (mm) (mm) (mm) (mm) Z db (N/m2) 0,25 Cửa người 400 426 535 495 41 465 M20 Kiểu h 32 (cái) 16 Đồ án Quá Trình Thiết bị KẾT LUẬN Sau tìm hiểu đề tài, nhóm chúng em rút số kết sau: Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hịa tan dung dịch việc đun sơi Đặc điểm q trình dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan giữ lại dung dịch Do đó, nồng độ dung dịch tăng lên Khác với trình chưng cất, trình chưng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp Tùy thuộc vào dạng nguyên liệu cần đem cô đặc quy mô thực q trình mà sử dụng nhiều loại thiết bị đặc khác Trong đó, thiết bị đặc nồi có ống tuần hồn trung tâm loại thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng vệ sinh sửa chữa Tuy nhiên, thiết bị tồn nhiều nhược điểm suất thấp, tốc độ tuần hoàn giảm thời gian làm việc lâu ống tuần hoàn bị đốt nóng Qua thời gian dài làm đồ án, tra cứu nhiều tài liệu tham khảo với hỗ trợ tận tình Trần Thị Thanh Vân nhóm em hồn thành đề tài giao Sau q trình thực đề tài nhóm em có số nhận xét như: Cơng việc tính tốn thiết kế hệ thống đặc việc phức tạp, cần có thời gian đầu tư nhiều, địi hỏi tính tỉ mỉ, xác cao Nó khơng địi hỏi người thiết kế phải có kiến thức sâu, rộng q trình đặc mà phải hiểu biết số lĩnh vực khác liên quan là: biết vẽ vẽ chi tiết, cấu tạo thiết bị phụ, tiêu chuẩn vẽ kĩ thuật, Tuy nhiên, việc thiết kế đồ án trình thiết bị giúp chúng em rèn luyện kĩ làm việc nhóm, củng cố kiến thức học đồng thời hiểu biết thêm nhiều trình đặc, nâng cao kĩ tra cứu, tính tốn xử lý số liệu Để hồn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án trình thiết bị lần này, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Trần Thị Thanh Vân ln hướng dẫn nhiệt tình q thầy cô khác cung cấp kiến thức tài liệu có liên quan 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bin, 2004 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất Tập 1, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật - Hà Nội Nguyễn Bin, 2004 Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất Tập 2, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật - Hà Nội Phạm Xuân Toản, 2003 Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập – Các trình thiết bị truyền nhiệt Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật - Hà Nội Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, 1992 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập – Quá trình thiết bị truyền nhiệt Trường đại học bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Phạm Văn Thơm, 2002 Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Trường đại học Cần Thơ Nguyễn Thị Ngọc Mỹ cộng sự, 2015 Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước cà chua nồi suất 800 kg/h Trường đại học Kỹ thuật- Công nghệ Cần Thơ Ngô Trần Hồng Dương, 2012 Thiết kế thiết bị đặc chân không nồi liên tục để cô đặc dung dịch NaOH Trường đại học Bách Khoa thành phố HCM Vũ Quảng Trường, 2009 Thiết kế hệ thống cô đặc nồi có ống tuần hồn trung tâm 43